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2021-10-01點燃蠟燭那一瞬間會發生什麼事?關於「火」的科學
622 期
Author 作者
劉廣定/臺灣大學化學系名譽教授。
什麼是火?一般而言,某種物質與空氣裡的氧發生劇烈化學反應,同時釋放出光和熱,其氣體形成向上騰起之焰,就稱為「火」。因此,可以說「火」是有些氧化反應時發生的現象,「焰」則是其可見的部分,而這類極快的氧化放熱反應就稱為「燃燒」。
古代人嘗試為自然界萬物歸源分類,都認為火是不可或缺的原質。例如中國傳統文化中的五行——水、火、木、金、土,「火」就是其中之一。五行之間的相生相剋,例如木生火、火生土、水剋火、火剋金,表示了火與其他四者之間的關係。古希臘人認為世界上所有的物質都是由水、氣、火、土四種「元素」以不同的比例所組成。至於古印度人則認為除了水、氣、火、土外,還有一種代表空間的元素,稱為「乙太」(aether)。
事實上,這些原始的物質觀並不正確,像是火並不自然存在,火中常含有水分子(H2O),而只有木也不會生成火。中國古代傳說中的燧人氏「鑽木取火」,其實必須要有充分的可燃物質(燃料、木材)與氧化劑(空氣中的氧氣),再加上足夠高的溫度(摩擦所生的熱能),三者並存時才能燃燒生成火。
因此,我們也稱燃料、氧氣、熱能為「火三角」(圖一),是產生火的三大要素。反過來說,只要移除其中任何一個要素,已生成的火就會熄滅。這個簡單的概念,也可以應用在火災與消防的認識上。
圖一:要產生火,必須要有充分的可燃物質,氧化劑,以及足夠的熱能。(Gustavb, CC BY-SA 3.0, Wikimedia Commons)
為什麼某些物質會「自燃」?
有些物質因氧化反應所需的活化能不多,因此在常溫或不太高的溫度下只要有足夠量的氧氣便能起火燃燒,這現象稱為「自燃」,而使該物質發生自燃的溫度,稱為自燃溫度或自燃點。例如白磷(又稱黃磷)在34°C,矽烷(silanes)在21°C或更低溫,三乙硼烷(triethylborane)則在-20°C就會發生自燃。……【更多內容請閱讀科學月刊第622期】